運(yùn)動(dòng)捕捉及其在動(dòng)畫制作中的應(yīng)用_黃波士

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1、第31卷第13期計(jì)算機(jī)工程2005年7月Vol.31№13ComputerEngineeringJuly2005·多媒體技術(shù)及應(yīng)用·文章編號(hào)：1000—3428(2005)13—0168—03文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A中圖分類號(hào)：TP302.1運(yùn)動(dòng)捕捉及其在動(dòng)畫制作中的應(yīng)用黃波士，陳福民（同濟(jì)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系，上海200092）摘要：提出了基于運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)的動(dòng)畫制作，介紹了運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)的過程及其3個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。給出了運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)的模型和具體的實(shí)現(xiàn)方法。對于圖像捕捉的同步問題進(jìn)行了分析和解決。論述了基于運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)的動(dòng)畫制

2、作過程中的動(dòng)畫合成和消除滑步等技術(shù)。關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng)捕捉；圖像分析；計(jì)算機(jī)視覺；動(dòng)畫制作MotionCaptureandItsApplicationinAnimationMakingHUANGBoshi,CHENFumin（DepartmentofComputerScienceandEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092）【Abstract】Animationmakingbasedonmotioncapturetechniqueisproposed.Processofmoti

3、oncaptureanditsthreekeytechniquesareintroduced.Modelofmotioncaptureanditsimplementationaregiven,includinganalysisandsolutionofthesynchronizationofimagecapture.Atlast,animationsynthesisandfootskatecleanupduringanimationmakingbasedonmotioncapturetechniqueisintrodu

4、ced.【Keywords】Motioncapture；Imageanalysis；Computervision；Animationmaking在傳統(tǒng)的動(dòng)畫制作中,動(dòng)畫師必須根據(jù)劇情要求將畫面攝像機(jī)標(biāo)定模塊逐幀畫出,工作量非常大。引入計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)后,可以利用計(jì)算機(jī)先設(shè)計(jì)造型，再按照劇情確定關(guān)鍵幀,然后動(dòng)畫師調(diào)整攝像機(jī)參數(shù)關(guān)鍵幀的造型姿勢,動(dòng)畫軟件則根據(jù)關(guān)鍵幀生成圖像序列。但視圖主體是,對于一個(gè)長的動(dòng)畫作品,逐個(gè)確定關(guān)鍵幀仍然是一項(xiàng)相當(dāng)頻像2D世界坐標(biāo)用戶交互框采序分坐數(shù)據(jù)存儲(chǔ)麻煩的工作。表演動(dòng)畫技術(shù)的誕生,徹底改變了

5、這一局面，將集列析多面體視模塊架模標(biāo)（三維重建）模數(shù)據(jù)編輯動(dòng)畫師從繁重的體力勞動(dòng)解放出來。它綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形幀模塊驅(qū)動(dòng)虛擬模型塊塊學(xué)、光學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫等技術(shù),捕捉表演者的動(dòng)作甚至表情,用這些動(dòng)作或表情數(shù)據(jù)直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)畫模型。本文標(biāo)記點(diǎn)跟蹤三維重建用戶圖形界面論述了動(dòng)作捕捉技術(shù)及其數(shù)據(jù)在動(dòng)畫制作中的處理和應(yīng)用。圖1運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)模型1運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)1.1運(yùn)動(dòng)捕捉的過程采用高性能的視頻捕捉卡來捕捉圖像，這種捕捉卡可以人體的動(dòng)作可以看成是人體各個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)的動(dòng)作，在運(yùn)動(dòng)一幀幀地將視頻輸入信號(hào)直接數(shù)字化成YUV4:2:2信

6、號(hào)，并捕捉系統(tǒng)中，一般把人體看成是由13～19關(guān)節(jié)點(diǎn)組成的簡能夠?qū)⑺D(zhuǎn)換成RGB格式，然后利用PCI總線，把圖像數(shù)單模型[1]。在運(yùn)動(dòng)捕捉之前，人體的各個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)上固定一個(gè)據(jù)傳到VGA卡顯示或計(jì)算機(jī)內(nèi)存存儲(chǔ)。由于需要得到的是特殊的反光材料，稱為標(biāo)記點(diǎn)（Marker），這些反光材料在各個(gè)攝像機(jī)在同一個(gè)時(shí)刻捕捉的圖像，因此不能夠直接利用外部光源的照射下可以從不同角度反射出RGB值相同的光。捕捉卡的多路采集功能。這需要在同一臺(tái)高性能計(jì)算機(jī)上安利用兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的攝像機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻捕捉，從各個(gè)攝裝多塊捕捉卡，每塊捕捉卡對應(yīng)一臺(tái)攝

7、像機(jī)。系統(tǒng)中捕捉的像機(jī)得到的序列圖片中可以看到的每一幀中標(biāo)記點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)難度主要在于如何在多塊采集卡之間同步采集。情況。因此可以得到一個(gè)特定的點(diǎn)隨著時(shí)間變化的連續(xù)運(yùn)動(dòng)2圖像捕捉及標(biāo)記點(diǎn)跟蹤軌跡。然后通過三維重建技術(shù)將這些點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡還原為骨2.1圖像捕捉及圖像分析架模型的動(dòng)作。圖像捕捉最主要的問題在于如何保證多個(gè)捕捉線程對1.2運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)每一幀都幾乎在同一時(shí)間發(fā)出捕捉命令，根據(jù)計(jì)算機(jī)視覺原運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)如圖1所示，運(yùn)動(dòng)捕捉的關(guān)鍵技術(shù)理，計(jì)算模塊要求多臺(tái)攝像機(jī)幾乎在同一時(shí)刻拍攝同一場是標(biāo)記點(diǎn)跟蹤以及空間坐標(biāo)的三維

8、重建。另外，在計(jì)算機(jī)視景，否則從2D~3D之間的計(jì)算將毫無意義。因此，需要配覺中，從二維圖像信息計(jì)算三維空間結(jié)構(gòu)，需要利用視點(diǎn)的置性能較高的計(jì)算機(jī)，起初我們采用定時(shí)器(包括多媒體時(shí)位置信息和視點(diǎn)的朝向信息，這就要用到攝像機(jī)的各種參基金項(xiàng)目：上海市科技型中小型技術(shù)創(chuàng)新基金（種子基金）資助項(xiàng)數(shù)?？臻g物體表面某點(diǎn)的三維幾何位置與其在圖像